Устройство для исследования фазовых равновесий Советский патент 1992 года по МПК G01N7/14 G01N25/02 

Изобретение предназначено для исследования фазового поведения многокомпонентных систем, в частности природных углеводородных смесей, и может быть использовано в нефтяной, газовой и химической промышленности.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет обеспечения визуального контроля при несимметричных нагрузках.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство состоит из камеры термо- статирования 1, корпуса высокого давления 2 с размещенной в его полости цилиндрической обечайкой 3, выполненной из оптически прозрачного материала, зафиксированной на крышке 4 при помощи корпуса 5 и содержащей рабочую камеру 6, сообщенную каналами 7 с полостью корпуса 2. Полость корпуса 2

заполнена оптически прозрачной жидкостью 8 и ртутью 9, причем уровень ртуги в полости корпуса 2 расположен выше каналов 7. В рабочей камере 6 размещен поплавок 10, а в кожухе 5 - подвижный толкатель 11. Устройство содержит встроенный привод толкателя 12 с плунжером 13, линию подачи и отвода газа 14с вентилями 15 и 16, соединенную с встроенным вентилем 17 и присоединенной линией сброса 18 с вентилем 19, линию подачи и отвода жидкости 20 с вентилями 21 и 22, линию 23 для подачи жидкости 8 от измерительного пресса 24 и грузопоршневого манометра 25 в полость корпуса 2.

Устройство содержит также оптическо- измерительную систему для визуального контроля за фазовым состоянием и границей раздела фаз в рабочей камере б обечайVI

3

00

ю

ки 3, состоящую из зеркала 26, закрепленного на кронштейне 27, перемещаемого по направляющей 28 посредством микровинта 29, окна30 в крышке корпуса 4 и осветитель- но-визирной трубки 31 с полупрозрачным зеркалом 32.

Устройство работает следующим образом,

Измерительным прессом 24 в полость корпуса 2 подается жидкость 8, которая, вытесняя ртуть 9, заполняет через канал 7 рабочую камеру 6. При этом происходит вытеснение воздуха из рабочего объема.

Затем через вентили 16 и 22 установка подключается к источнику исследуемого га- за заданного давления и температуры. Давление, создаваемое в рабочем объеме 6 обечайки 3, через каналы 7 посредством ртути 9 и жидкости 8 передается в полость корпуса 2. При этом оптически прозрачные стенки обечайки 3 не испытывают перепада давления, т.к. давления в полости корпуса 2 и рабочем объеме 6 равны.

После термостатирования системы до заданной температуры и продувки линий через вентиль 19 грузопоршневым манометром 25 устанавливается заданное давление в корпусе 2.

Измерительным прессом 24 жидкость 8 отводится из полости корпуса 2 до тех пор, пока уровень ртути 9 в рабочем объеме 6 не займет нулевого положения ниже точки ввода линии 20 в обечайку 3.

Рабочий объем 6 в этом случае заполняется газом при неизменном давлении и за- данной температуре. Контроль за уровнем в рабочем объеме б осуществляется визуально с помощью олтическо-измерительной системы.

Через вентиль 22 установку подключа- ют к источнику исследуемой жидкости, например газового конденсата, и,закрыв вентиль 16 и приоткрыв вентиль 19, вводят конденсат в рабочий объем 6, Скорость подачи конденсата регулируется стравливани- ем г аза через вентиль 19.

Количество введенного конденсата контролируется визуально через оптическо-из- мерительиую систему по уровню границы раздела газ - конденсат. Точная дозировка конденсата, в случае его малых количеств, достигается за счет повышения разрешающей способности измерения объемов в зазоре между стенкой рабочей камеры и поплавком.

Излишки введенного концентрата выводятся из рабочего объема 6 через вентиль 21 при закрытых вентилях 15,19,22 и открытом вентиле 16. После достижения заданного соотношения между количеством газа и

конденсата линии подачи газа, конденсата и линию сброса перекрывают, закрыв вентили 15,16,17,19,21.22. Затем измерительным прессом 24 жидкость 8 нагнетается в полость корпуса 2, а ртуть 9 вытесняется в рабочий объем 6. изменяя тем самым объем газо-жидкостной смеси и повышая ее давление. При этом ртуть перекрывает ввод линии 20 в рабочий объем 6, отсекая находящийся в канале 20 конденсат от рабочего объема.

С помощью грузопоршневого манометра 25 задается новое значение давления, а термостатом новое значение температуры для перевода газо-жидкостной системы в новое PVT состояние. Для ускорения этого перехода систему перемешивают поплавком 10, приводимым в движение толкателем 11с помощью плунжера 13 привода толкателя 12, при этом изменение давления в корпусе 2 при вводе в него плунжера 13 компенсируется колонкой грузопоршненого манометра 25.

После достижения фазового равновесия определяют новое соотношение между количеством газовой и жидкой фазами.

Количество газовой и жидкой фаз составляют в сумме рабочий объем газо-жидкостной смеси, определяемый положением ртути 9 в полости рабочей камеры 6.

От крышки 4 до верхней части поплавка объем линейно зависит от расстояния между ними. От верхней части поплавка до уровни ртути объем определяется формой поплавка. Например, если поплавок выполнен ступенчатым в форме двух соосных цилиндров площадью За и Зз.то рабочий объем смеси

V hiSi + h2(Si -S2) +h3(Si - S3).

где Si - площадь рабочей камеры.

Объем газовой камеры определяется за- мером расстояния от крышки до границы раздела газ-конденсат, объем конденсата определяется замером расстояния между границами раздела газ-конденсат и ртутью или другой тяжелой . несмешивающейся с исследуемой смесью, жидкостью, например бромоформом. В нашем примере

V hir Sr Уж - П1ж $1+Ь2ж (S1-S2)+

+ Нзж (Si-Ss);

где индекс Г относится к газовой фазе. Ж - жидкой фазе.

Так как рабочий орган установки - обечайка не испытывает деформаций под действием распирающего давления, а температурные деформации приводят к изменению линейных размерив, т.е. изменению масштаба, то соотношение между количеством газовой и жидкой фазами определяется только замером указанных расстояний. Тем самым отпадает необходимость в тарировке устройства, ввода поправок на температурные и силовые деформации, снижается трудоемкость исследований.

Визуальный контроль фазового состоя- ния в полости рабочей камеры, снятие силовых деформаций обечайки, а также повышение разрешающей способности устройства за счет измерения объемов в зазоре между стенкой рабочей камеры и поплав- ком с переменной по высоте площадью поперечного сечения, обеспечивает высокую точность измерений и позволяет исследовать газо-жидкостные в широком диапазоне соотношения фаз.

Формула изобретения 1. Устройство для исследования фазовых равновесий, включающее корпус высокого давления с крышкой, размещенную в корпусе цилиндрическую обечайку с рабочей камерой и сквозными каналами, подвижный элемент внутри обечайки, изолирующий рабочую камеру, жидкий агент для передачи давления на исследуе- мую пробку, размещенный в корпусе между стенками корпуса и обечайкой, подсоединенный к корпусу высокого давления источник жидкого агента для передачи давления, линии для подвода в рабочую камеру и отвода из нее пробы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет обеспечения визуального контроля при несимметричных нагрузках, обечайка выполнена из оптически прозрачного материала и размещена в корпусе вертикально, жидкий агент для передачи давления состоит из ртути и прозрачной более легкой жидкости, размещенной над ней, сквозные каналы выполнены в нижней части обечайки, размещены ниже уровнея ртути и заполнены ею, крышка размещена сверху и в ней выполнено окно из оптически прозрачного материала, устройство снабжено наклонным зеркалом, размещенным в прозрачной жидкости напротив рабочей камеры с возможностью вертикального перемещения и обращенным зеркальной поверхностью соосно с окном и зеркалом, з подвижный элемент выполнен в виде поплавка.

2. Устройство по п.1, от л и ч а ю ще е- с я тем, что поплавок имеет площадь поперечного сечения, переменную по высоте.

1770819

32

№ CSpnc

r&H

Ю

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств вещества, в частности к исследованию фазового поведения многокомпонентных систем,и позволяет повысить точность измерений пу- тем визуального контроля фазовых состояний при несимметричных нагрузках. Устройство состоит из корпуса высокого давления, установленной в нем обечайки с рабочей камерой, поплавка в рабочей камере, источника давления и линий подвода и отвода исследуемой смеси жидкого агента в полости корпуса. Использование обечайки из прозрачного материала, комбинированного жидкого агента, состоящего из оптически прозрачной легкой жидкости и тяжелой жидкости, оптическо- измерительной системы сканирования, помещенной в камеру высокого давления, поплавка с переменной по высоте площадью поперечного сечения обеспечивает достижение указанной цели. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.